Единственный способ определить границы возможного - выйти за эти границы.
Артур Кларк
—айт дл¤ девушек  бесплатные онлайн тесты  онлайн тесты бесплатно 
Мир Тестов       Домашний уют          Техника в нашей жизни            

Основы ночного видения

Дата публикации: 2012-11-08 23:20:45

Основы ночного видения





http://пнв.рф/Для того чтобы расширить возможности человеческого зрения в условиях недостаточной освещенности, был изобретен специальный прибор ночного видения (ПНВ).

Общие сведения

В настоящее время приборы ночного видения широко применяются не только войсковыми и другими структурами, но и охотниками, туристами, рыболовами, охранными подразделениями и др.. Они дают неоспоримые преимущества их владельцам в сумеречное и ночное время.

Они позволяют в ночное или сумеречное время, практически как и днем, наблюдать за различными объектами, ориентироваться на местности, вести прицельную стрельбу, водить транспорт, летать, выполнять ремонтные и другие работы, а купить приборы ночного видения стало совсем просто.

С помощью ПНВ видеть ночью можно вследствие того, что они преобразуют и многократно усиливают излучение источников естественной ночной освещенности, т.е. отражаемый от, планет солнечный свет, свет звезд и туманностей, свечение кислорода и озона в верхних слоях атмосферы.

Для того, чтобы видеть с помощью ПНВ в полной темноте, например, подвалы, пещеры, туннели и т.д. используют дополнительные инфракрасные осветители обычно на основе светодиодов.

Принципиально устройство ПНВ состоит из:
1. объектив;
2. электронно-оптический преобразователь (ЭОП);
3. блока окуляра;
4. элементы питания;
5. корпус.

Слабый свет в ночное время, отраженный от объекта, попадает через объектив (1), который формирует изображение на входе ЭОПа. ЭОП (2) электронным способом многократно усиливает изображение и передает на экран, который наблюдается через окуляр (3) в виде желто-зеленого свечения.

Основным элементом ПНВ является ЭОП. ЭОП - это электронно-оптическими преобразователь, имеющий фоточувствительный слой, воспринимающий слабое свечение, отраженное от объектов, электронную систему усиления и элекролюминисцентный экран, на котором формируется видимое изображение объекта.

В зависимости от установленных ЭОП, на данный момент существуют три поколения приборов ночного видения, не считая промежуточных, которые принято обозначать знаком «+»:
I+ (один плюс)
II и II+ (второе и два плюс)
III и III+ (третье и три плюс).

Выпускаются и приборы ночного видения IV поколения, но пока они немногочисленны и разрабатываются ограниченным количеством фирм-производителей.

Вместо ЭОП могут быть использованы ПЗС матрицы. ПЗС матрица - это прибор с зарядовой связью, выполненный в виде монолитного чипа, представляющего собой совокупность мельчайших фоточувствительных датчиков, определенным образом собранных в единую матрицу. Сигналы от фоточувствительных элементов обрабатываются электронным образом и передаются на экран, например, ЖК индикатор.





Все электронно-оптические преобразователи (ЭОП), используемые в приборах ночного видения, делятся на три основных и три промежуточных поколения:

1-е поколение, оно же нулевое. Коэффициент усиления света составляет около 900. Приборы ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей первого поколения – наиболее простые по конструкции и доступные по цене, но эти ПНВ имеют весьма скромные характеристиками. Хотя большинство производителей заявляет, что дальность действия приборов ночного видения 1 поколения составляет 200-300 метров, в действительности данный показатель не превышает 100 метров и может меняться в разных условиях освещенности. Несколько улучшить характеристики этих приборов можно посредством установки инфракрасного осветителя, который дает излучение, не видимое для человеческого глаза, но отлично воспринимаемое прибором ночного видения. Еще одним недостатком ПНВ 1-го поколения является невысокое разрешение по краю поля зрения. На практике это выглядит как неконтрастное изображение по краю с заметным уменьшением резкости от центра к краю картинки.





1+ поколение. Коэффициент усиления света доходит до 1200. Основные отличия от ПНВ первого поколения – это высокое разрешение, равномерная резкость по всему полю зрения и керамический корпус ЭОП, позволяющий выдерживать большие ударные нагрузки.

2-е и 2+ поколение. Коэффициент усиления света на порядок выше – от 20.000 до 40.000. По сравнению с ЭОП 1-го и 1+ поколений, у этих приборов существенно выше и разрешающая способность ЭОП, а также дальность обнаружения и распознавания объектов. Благодаря высокому коэффициенту усиления для использования ПНВ 2+ поколения, в большинстве случаев, не требуется ИК-осветитель, что позволяет во время наблюдений соблюдать конспирацию.

3-е поколение. Коэффициент усиления света свыше от 60.000 до 100.000. Приборы ночного видения 3-го поколения – это высокое разрешение и дальность обнаружения человека до 1000 метров. Эти приборы практически не нуждаются в дополнительной подсветке и, соответственно, не демаскируют наблюдателя. Во многом благодаря этому ПНВ 3-го поколения чаще всего выбирают профессионалы: военные, сотрудники специальных подразделений и охранных служб.

3+ поколение. В дополнение к возможностям 3-го поколения, в ПНВ 3+ появляется импульсный источник питания, позволяющий прибору ночного видения работать в условиях повышенной освещенности, исключая возможность засветки.
 
Классификации ПНВ

1. Монокуляры ночного видения
2. Очки ночного видения
3. Бинокли ночного видения
4. Прицелы ночного видения




5. Комбинированные и специальные приборы
 
Монокуляры  ночного видения
Простейшие приборы. Наблюдение ведется одним глазом. Довольно распространенный тип приборов ночного видения, который используется для наблюдений с возможностью замены объектива для получения оптического увеличения. Монокуляр, устанавливаемый на оружие вместе с коллиматорным прицелом или лазерным целеуказателем, по сути, становится прицелом ночного видения, а если закрепить монокуляр на оголовье, то прибор можно использовать как очки ночного видения. Монокуляры выполняются на базе ЭОП любого поколения.


Очки ночного видения
Наблюдение ведется двумя глазами. Не имеют оптического увеличения, вследствие чего пользователь получает реальную картину окружающего пространства. Очки ночного видения дают возможность оценивать дистанцию до объектов, использоваться в комбинации с лазерным целеуказателем и читать карты. Приборы выполняются на базе ЭОП любого поколения и применяются для ведения статичных наблюдений, для осуществления скрытого перемещения и вождения транспортных средств.


Бинокли ночного видения (ночные бинокли)
Наиболее универсальный и популярный класс ПНВ, предназначенный для наблюдения за местностью в сумерках или в полной темноте. Приборы характеризуются компактными габаритами и сравнительно легким весом, что позволяет брать их с собой в поход или на природу. Бинокли ночного видения способны распознавать объекты, находящиеся на значительном удалении. Приборы выполняются на базе ЭОП любого поколения и, в зависимости от модели, имеют оптическое увеличение до 10 крат. В последнее время среди ведущих производителей наблюдается тенденция к исполнению биноклей в виде комбинации очков ночного видения и сменного объектива.


Прицелы ночного видения (ночные прицелы)
Относится к отдельному классу ПНВ, так как он предназначен для установки на оружие и ведения прицельной стрельбы в условиях слабой освещенности или в полной темноте. Прицелы ночного видения могут быть выполнены на базе ЭОП любого поколения. Помимо характеристик установленного на прицеле ЭОП, принципиальное значение имеет устойчивость прицела к отдаче огнестрельного оружия.


Комбинированные приборы имеют несколько оптических каналов, что отличает их от остальных классов ПНВ. Данные приборы объединяют в одном корпусе возможности различных наблюдательных устройств. Примером комбинированных приборов может служить бинокль класса «День/Ночь», имеющий обычный оптический канал и канал ночного видения. К этому виду относятся прицелы и монокуляры, способные усиливать свет за счет канала ночного видения. В этом случае на полученную картинку накладывается тепловое изображение, полученное с помощью тепловизионного канала.


ПНВ на основе ПЗС матриц

В качестве светочувствительного элемента в таких приборах используются ПЗС матрицы. Изображение формируется на ПЗС матрице, обрабатывается электронным способом и передается на экран, обычно это ЖК индикатор. Фактически это аналог видеокамеры. В ночных условиях ПНВ на ПЗС матрицах могут эффективно работать только с мощным ИК осветителем.

ПНВ с документированием и передачей изображения по ТВ-каналу 

Наиболее просто эта задача решается в ПНВ на базе ПЗС-матриц. Электронная система обработки изображения позволяет доступными способами записывать на носители, обрабатывать и передавать посредством ТВ-передатчиков изображение на расстояние, зависящее от мощности ТВ-передатчика и системы ТВ-канала, спутниковой связи и т.д.

В ПНВ на ЭОПах изображение с экрана посредством оптических систем, встроенных в окулярную часть, передается на ПЗС-матрицу, обрабатывается электронным способом и передается на жидкокристаллический или светодиодный дисплей. Оно также может передаваться по ТВ-каналу и наблюдаться на расстоянии другими наблюдателями.


Тепловизионные приборы

Устройство тепловизионного прибора подобно устройству ПНВ. Они могут использоваться как днем, так и ночью. Отличительным является то, что в качестве приемника излучения используется матричный приемник, чувствительный к средней ИК-области излучения 8-12 мкм, т.е. собственному тепловому излучению тел, а не к отраженному.

В качестве приемников излучения к этому диапазону широкое применение нашли неохлаждаемые микроболометрические матрицы. Принимаемое через объектив изображение, сформировавшееся на боллометрической матрице, преобразуется с помощью электронной схемы в изображение, которое воспроизводится на жидкокристаллических или полупроводниковых светодиодных экранах.

Изображение также может передаваться по ТВ-каналу или записываться на различных носителях.

Наблюдаемая в тепловизионном приборе картина соответствует тепловому рельефу объекта. Они не позволяют идентифицировать мелкие детали предметов в связи с тем, что тепловое изображение изменяется при изменении температуры объекта. Тепловизоры обнаруживают и распознают объекты в условиях, при которых ПНВ не эффективны. Они эффективны при тумане и дымке и в сложных условиях фона. Тепловизор показывает тепловую картину, и вследствие того, что температура живого объекта обычно выше фона, он легко обнаруживается.

Тепловизионные приборы могут быть выполнены также как и ПНВ в виде монокуляров, биноклей, очков и прицелов.

Тепловизионные приборы ПНВ характеризуется увеличением, углом зрения, удалением выходного зрачка, диоптрийной настройкой, разрешающей способностью, дальностью обнаружения и дальностью распознавания.


 
Дальность обнаружения (ДО) и дальность распознавания (ДР)

Это основная потребительская характеристика ПНВ, определяющая пригодность ПНВ для решения различных задач. Дальность обнаружения объекта - дальность, при которой наблюдатель отличает нечто на фоне, не классифицируя его как конкретный объект. Дальность распознавания объекта - дальность, на которой наблюдаемый объект классифицируется как конкретный объект: лошадь, олень и т.д. Эти параметры зависят от характеристик ЭОПа, оптики (фокусного расстояния объектива и его светосилы), состояния атмосферы, дымки, влажности, цвета фона, цвета наблюдаемого объекта. Зная характеристики ЭОПа, оптики трудно говорить о преимуществе того или иного прибора без их испытаний и сравнений одновременно в одинаковых условиях. Например, если объект движется, дальность обнаружения может быть в 1,5 раза больше по отношению к неподвижному объекту.

Дальность обнаружения определяется характеристиками ЭОПа и оптикой. Чем выше поколение ЭОПа, тем усиление ЭОПа больше и ДО и ДР больше. Чем фокусное расстояние объектива, с которым связано увеличение ПНВ, и его относительное отверстие больше, тем ДО и ДР будет больше. Обычно в качественных ПНВ используется объектив с относительным отверстием не менее 1:1,5. Однако в связи с тем, что ДО и ДВ также зависят от состояния атмосферы и фона, то они, как правило, даются ориентировочно.

Увеличение

Показывает во сколько крат предмет будет больше, чем при наблюдении невооруженным глазом.

Увеличение прибора в большинстве случаев определяется тремя составляющими:
- фокусным расстоянием объектива, мм;
- коэффициентом увеличения ЭОПа (для 2+ и 3-го поколений как правило равен 1);
- фокусным расстоянием окуляра, мм.
  В связи с тем, что фокусное расстояние окуляра выбирается из условий обеспечения наиболее комфортного наблюдения и в соответствии с характеристиками ЭОП у большинства производителей, для аналогичных по классу приборов фокусные расстояния окуляров близки по значению. Поэтому фокусное расстояние объектива можно считать определяющим для характеристики увеличения ПНВ определенного класса (типа). Чем больше фокусное расстояние, тем больше увеличение и больше ДО при условии, что не уменьшается светосила объектива.

Светосила объектива характеризуется относительном отверстием. Она напрямую связана с диаметром входного зрачка объектива (как правило диаметр передней линзы) и фокусным расстоянием объектива. Относительное отверстие объектива определяется дробью, например, 1:1,5, где 1,5 - это отношение фокусного расстояние объектива к диаметру входного зрачка. То есть при одном и том же диаметре передней линзы при увеличении фокусного расстояния будет происходить снижение величины относительного отверстия. Объектив будет пропускать меньше света, а соответственно характеристики прибора будут ниже.

Угол зрения

Измеряется в градусах. Показывает сектор, в котором наблюдаются объекты. Например, для очков угол зрения составляет примерно 40° при кратности 1. Так при увеличении фокусного расстояния объектива в 4 раза угловое поле зрения уменьшиться в 4 раза.

Диапазон фокусировки

Показывает расстояние, предел расстояний от наблюдателя до объекта, в котором возможно четкое наблюдение объекта. Осуществляется фокусировкой, т.е. перемещением объектива либо отдельных компонентов объектива.

Диапазон диоптрийной настройки

Производится перемещением окуляров до получения четкого наблюдения изображения на экране ЭОПа или другого индикатора. Позволяет учитывать особенности зрения наблюдателя.

Разрешающая способность

Способность ПНВ различать два близко расположенных объекта и измеряется в штрихах на миллиметр для ЭОПа и в циклах на миллирадиан в целом для прибора. Для ПНВ это величина, зависящая от характеристик ЭОПа, оптики и уровня ночной освещенности. Чем больше величина, указанная в штрихах на миллиметр, тем более мелкие детали различает ПНВ.

Вес прибора

Это также важная характеристика, особенно при непрерывном длительном пользовании им. Стремление снизить вес, например, прицелов, менее 1 кг, не ухудшая другие характеристики проблематично и неоправданно дорого.

Высококачественная оптика, без которой нельзя реализовать потенциальные характеристики ЭОПа, - это многолинзовая система, вносящая большую часть в вес прибора. С учетом того, что многие прицелы разработаны для использования при ударных нагрузках > 500g, конструктивно корпус, механические соединения, оптика, система выверки должны обеспечить надежность работы прибора в целом. Оптимальные комплексное решение требований ко всем характеристикам ПНВ и определяет их вес. Например, высококачественный профессиональный прицел F7000 фирмы ITT, США с увеличением 4Х весит 1,7 кг, а прицел производства России ПН-15К с увеличением 4Х весит 1,5 кг.

Тип ЭОПа

ЭОПы разделяются на поколения: 1, 1+, 2, 2+, 3. Это разделение связано с конструктивными особенностями и материалами, используемыми для изготовления фотокатода.

С каждым последующим поколением ЭОПа растет чувствительность к свету за счет использования более совершенных фотокатодов и электронного усиления прибора. Растет разрешение и повышается качество изображения. Чувствительность фотокатода для ЭОПов 1-го поколения составляет 120-250 мА/лм, а ЭОПов 3-го поколения достигает 900-1 800 мА/лм. Разрешение ЭОПов 2-го поколения в центре экрана составляет 35-55 штр/мм, а ЭОПов, например, 3-го поколения до 70 штр/мм, оно равномерно по всему экрану ЭОПа. Разрешение ЭОПов 1-го поколения составляет 25-35 штр/мм в центре экрана ЭОПа, однако от центра к краям оно падает до величины менее 20 штр/мм. Усиление ЭОПов 1-го поколения составляет 120-900 раз. А ЭОПов 2+ и 3-го поколений 25 000-50 000 раз.

Иногда на экране ЭОПа можно видеть дефекты в виде черных точек. Технологически сложно изготовить ЭОП без этих дефектов. В большинстве случаев наличие таких точек не влияет на качество изображения. Это важно в случае использования ПНВ для фотографирования и других подобных случаях.
Связаться с разработчиком  Связаться с разработчиком 

Дизайн сайта:dim3d@mail.ru
Copyright © 2016 MirTestoff.ru
  Карта сайта